[go: up one dir, main page]

DE3224339A1 - Process and apparatus for separation of hydrogen or helium from gas mixtures - Google Patents

Process and apparatus for separation of hydrogen or helium from gas mixtures

Info

Publication number
DE3224339A1
DE3224339A1 DE19823224339 DE3224339A DE3224339A1 DE 3224339 A1 DE3224339 A1 DE 3224339A1 DE 19823224339 DE19823224339 DE 19823224339 DE 3224339 A DE3224339 A DE 3224339A DE 3224339 A1 DE3224339 A1 DE 3224339A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cooling
cooling stage
stage
gases
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19823224339
Other languages
German (de)
Inventor
Heinrich Dipl.-Ing. 6361 Niddatal Amlinger
Herbert Dipl.-Ing. 6054 Rodgau Roth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Original Assignee
Leybold Heraeus GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leybold Heraeus GmbH filed Critical Leybold Heraeus GmbH
Priority to DE19823224339 priority Critical patent/DE3224339A1/en
Publication of DE3224339A1 publication Critical patent/DE3224339A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0438Cooling or heating systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0219Refinery gas, cracking gas, coke oven gas, gaseous mixtures containing aliphatic unsaturated CnHm or gaseous mixtures of undefined nature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0252Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of hydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/028Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of noble gases
    • F25J3/029Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of noble gases of helium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/08Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2256/00Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/16Hydrogen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2256/00Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/18Noble gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/40Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40001Methods relating to additional, e.g. intermediate, treatment of process gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/40Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40088Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating
    • B01D2259/40096Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating by using electrical resistance heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/80Processes or apparatus using separation by rectification using integrated mass and heat exchange, i.e. non-adiabatic rectification in a reflux exchanger or dephlegmator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/90Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/40Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using hybrid system, i.e. combining cryogenic and non-cryogenic separation techniques
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42Nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/30Helium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/904External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

In a process for the separation of hydrogen or helium from gas mixtures using a cooling stage system, the gas to be separated and also nitrogen, oxygen and/or gases having about the same boiling range being contained in the mixture, the gas mixture is cooled in at least two, preferably three cooling stages (2,6,15) to about 60-70 K for condensation of the higher-boiling gases. The condensation of the higher-boiling gases can take place at an operating pressure of 150-250 bar or 10-50 bar. At an operating pressure of 10-50, preferably 20 bar, the remaining gas mixture is subjected to a fine purification in a subsequent adsorption trap (53,54). Two or three cooling stages (2,6,15) are provided for performing the process, and are constructed such that the temperature of the product gas in the last stage is 60-70 K, preferably 63 K. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ab trennung von WasserstoffMethod and device for separating hydrogen

oder Helium aus Gasgemischen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Wasserstoff oder Helium aus Gasgemischen unter Verwendung eines Kühlstufensystems, wobei im Gemisch das abzutrennende Gas sowie Stickstoff, Sauerstoff und/oder Gase aus etwa dem gleichen Siedebereich enthalten sind. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.or helium from gas mixtures. The invention relates to a method for the separation of hydrogen or helium from gas mixtures using a Cooling stage system, with the gas to be separated as well as nitrogen and oxygen in the mixture and / or gases from approximately the same boiling range are included. Also relates the invention relates to a device suitable for carrying out the method.

Die Abtrennung von Helium oder Wasserstoff aus Gasgemischen mit Hilfe einer Vorkondensationsstufe bzw. einer Kühlstufe sowie von Adsorptionsfallen ist für Betriebsdrücke zwischen 100 und 250 bar bekannt. Wirtschaftlich sind diese Verfahren jedoch nur dann, wenn der Betriebsdruck die genannten, relativ hohen Werte hat und zur Feinreinigung eine Adsorptionsfalle nachgeschaltet ist. Bei den vorbekannten Verfahren sind deshalb zur Erzielung ein#igermaßen guter Ergebnisse neben den aufwendig gestalteten Adsorptionsfallen noch kostspielige Kompressoren erforderlich.The separation of helium or hydrogen from gas mixtures with the help a precondensation stage or a cooling stage and adsorption traps known for operating pressures between 100 and 250 bar. These processes are economical but only if the operating pressure has the relatively high values mentioned and an adsorption trap is connected downstream for fine cleaning. With the previously known In addition to the costly, processes are therefore costly in order to achieve reasonably good results designed adsorption traps still require expensive compressors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, bei denen eine Wirtschaftlichkeit bzw. Verbesserung auch noch bei relativ niedrigem Betriebsdruck gegeben ist bzw. bei denen bei hohem Betriebsdruck nur noch kleindimensionierte Adsorptionsfallen oder gar keine Adsorptionsfaen mehr erforderlich sind.The object of the present invention is therefore to provide a method of type mentioned at the beginning as well as a suitable one for the implementation of this method To create device in which an economy or improvement also is still given at relatively low operating pressure or at those at high operating pressure only small adsorption traps or no adsorption traps at all required are.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gasgemisch in mindestens zwei, vorzugsweise drei Kühlstufen auf ca. 60 bis 70 K zwecks Kondensation der höhersiedenden Gase abgekühlt wird. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß es selbst bei niedrigem Betriebsdruck und ohne Nachschaltung von Adsorptionsfallen gute Ergebnisse liefert. Die Produktgasausbeute liegt bei 99 bis 100 %. Selbst bei hohen Konzentrations- und/oder Durchsatzschwankungen im Ausgangsgasgemisch ist das Verfahren einsetzbar. Gase, die im gleichen Siedebereich wie Stickstoff und Sauerstoff liegen, wie z. B. Kohlenmonoxid, Argon und dgl., können ebenfalls mit Hilfe dieses Verfahrens von Wasserstoff oder Helium getrennt werden.According to the invention this object is achieved in that the gas mixture in at least two, preferably three cooling stages to about 60 to 70 K is cooled for the purpose of condensation of the higher-boiling gases. An essential one The advantage of this method is that it can be used even at low operating pressures and delivers good results without downstream adsorption traps. The product gas yield is 99 to 100%. Even with high concentration and / or throughput fluctuations The process can be used in the starting gas mixture. Gases in the same boiling range such as nitrogen and oxygen, such as B. carbon monoxide, argon and the like. Can This process can also be used to separate hydrogen or helium.

Eine Verbesserung der Endreinheiten bis auf zu 1 vpm Restverunreinigung kann wirtschaftlich entweder dadurch erzielt werden, daß die Kondensation der höher siedenden Gase bei höheren Betriebsdrücken, z. B. 150 bis 250 bar, erfolgt oder dadurch, daß die Kondensation der höhersiedenden Gase bei einem Betriebsdruck von 10 bis 50 bar, vorzugsweise 20 bar, erfolgt und daß das verbliebene Gasgemisch in einer nachgeschalteten Adsorptionsfalle einer Feinreinigung unterworfen wird. Bei diesen Verfahren kann entweder auf aufwendige Adsorptionsfallen oder teure Hochdruckverdichter mit hohem Energieverbrauch verzichtet werden.An improvement in the final purity up to 1 vpm residual contamination can be achieved economically either by having the condensation of the higher boiling gases at higher operating pressures, e.g. B. 150 to 250 bar, takes place or in that the condensation of the higher boiling gases at an operating pressure of 10 to 50 bar, preferably 20 bar, and that the remaining gas mixture in a downstream adsorption trap is subjected to fine cleaning. at this process can either be based on elaborate adsorption traps or expensive high-pressure compressors with high energy consumption can be dispensed with.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Flußdiagramms erläutert werden.Further advantages and details of the invention are based on a are explained in the figure schematically illustrated flow chart.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist zunächst für die Trennung von Wasserstoff aus einem Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch mit hoher Stickstoff-Verunreinigung bestimmt.The illustrated embodiment is initially for the separation of hydrogen from a hydrogen-nitrogen mixture with high nitrogen pollution certainly.

Dieses Gemisch wird bei 1 einer ersten Kühlstufe 2 zugeführt.This mixture is fed to a first cooling stage 2 at 1.

Ist im zu reinigenden Gemisch noch Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasserdampf enthalten, dann ist der Kühlstufe 2 zweckmäßigerweise noch eine nicht dargestellte Vorreinigungsstufe vorgeschaltet, in der der Sauerstoff katalytisch zu Wasser verbrannt wird. Für die Entfernung von Waserdampf und/oder Kohlendioxid ist der Kühlstufe 2 ein Zeolith-Adsorptionsbett vorzuschalten, in welcher diese Anteile adsorbiert werden. Im Falle der Abtrennung von Helium aus einem Helium-Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch ist lediglich eine Vortrocknung erforderlich. Die Entfernung von Sauerstoff vor der erfindungsgemäßen Trennung erübrigt sich.Is there still oxygen, carbon dioxide or water vapor in the mixture to be cleaned included, then cooling level 2 expediently another one Pre-cleaning stage, not shown, is connected upstream, in which the oxygen is catalytically is burned into water. For the removal of water vapor and / or carbon dioxide a zeolite adsorption bed is to be connected upstream of cooling stage 2, in which this Fractions are adsorbed. In the case of the separation of helium from a helium-nitrogen-oxygen mixture all that is required is pre-drying. The removal of oxygen before the separation according to the invention is unnecessary.

Die Kühlstufe 2 mit ihren Rohrschlangen bzw. Kühlregistern 3, 4 und 5 wird im Gegenstrom betrieben und ist so ausgelegt, daß das vorab ölfrei auf einen Druck zwischen 10 und 50 bar, vorzugsweise 20 bar, gebrachte Gasgemisch von Raumtemperatur auf 130 bis 100 K abgekiihlt wird. Entsprechend den prozentualen Volumenanteilen von Wasserstoff und Stickstoff im zu trennenden Gasgemisch stellt sich der entsprechende Partialdruck für Wasserstoff und Stickstoff ein.The cooling stage 2 with its coils or cooling registers 3, 4 and 5 is operated in countercurrent and is designed so that the oil-free in advance on a Pressure between 10 and 50 bar, preferably 20 bar, brought gas mixture of room temperature is cooled to 130 to 100 K. According to the percentage of the volume of hydrogen and nitrogen in the gas mixture to be separated is the corresponding one Partial pressure for hydrogen and nitrogen.

Liegt der Partialdruck des Stickstoffs über den Dampfdrücken von 130 bzw. 100 K, so tritt schon in der ersten Kühlstufe 2 eine Teilverflüssigung des Stickstoffs bis zum jeweiligen Dampfdruck ein.If the partial pressure of nitrogen is above the vapor pressure of 130 or 100 K, partial liquefaction of the occurs in the first cooling stage 2 Nitrogen up to the respective vapor pressure.

Danach gelangt das verbliebene Gasgemisch in die Kühlstufe 6 die als Dewar-Gefäß ausgebildet ist. Sie umfaßt eine Kühlschlange 7 in einem LN2-Bad #8. Die kalten Dämpfe dieses Bades werden über die Leitung 9 der Kühlstufe 2 zugeführt und durchströmen die Schlange 3 im Gegenstrom zum zugeführten Gasgemisch. Der vorzugsweise evakuierte Isolierraum des Dewar-Gefäßes ist mit 10 bezeichnet.Thereafter, the remaining gas mixture reaches the cooling stage 6 as Dewar vessel is formed. It includes a cooling coil 7 in an LN2 bath # 8. The cold vapors from this bath are fed to cooling stage 2 via line 9 and flow through the coil 3 in countercurrent to the gas mixture supplied. The preferably The evacuated isolation space of the Dewar vessel is denoted by 10.

Die Kühlstufe 6 ist mit einem Niveaufühler 11 ausgerüstet, der auf das Ventil 12 regelnd einwirkt. Stickstoffverluste werden durch Öffnen des Ventils 12 aus dem Vorratsgefäß 13 nachgefüllt. Dieses Vorratsgefäß 13 enthält flüssigen Stickstoff unter einem Druck von vorzugsweise 1,5 bar.The cooling stage 6 is equipped with a level sensor 11, which is on the valve 12 acts regulating. Nitrogen losses are avoided by opening the valve 12 from the storage vessel 13 refilled. This storage vessel 13 contains liquid nitrogen under a pressure of preferably 1.5 bar.

Im Dampfraum 14 des Dewar-Gefäßes 6 wird ein Druck von 1,3 bis 1,4 bar aufrcchterbalten. Dadurch stellt sich eine Flüssigkeitstemperatur von ca. 80 K ein. Die Länge des Kühlers bzw. der Schlange 7 ist so bemessen, daß das zu trennende Gasgemisch die Kühlstufe 6 mit einer Temperatur von ca. 83 K verläßt.A pressure of 1.3 to 1.4 is achieved in the steam space 14 of the Dewar vessel 6 bar upkeep. This results in a liquid temperature of approx. 80 No. The length of the cooler or the coil 7 is dimensioned so that the to be separated Gas mixture leaves cooling stage 6 at a temperature of approx. 83 K.

Bei Bei einem Gemisch von z. B. 10 Nm /h Wasserstoff und 10 Nm3/h Stickstoff und einem Gesamtdruck von 20 bar werden 3 von den 10 Nm /h Stickstoff in der Kühlstufe 6 ca.When a mixture of z. B. 10 Nm / h hydrogen and 10 Nm3 / h Nitrogen and a total pressure of 20 bar are 3 of the 10 Nm / h nitrogen in cooling level 6 approx.

8,3 Nm3/h Stickstoff verflüssigt. Es verbleiben demnach im die Kühlstufe 6 verlassenden Gasgemisch noch ca.8.3 Nm3 / h nitrogen liquefied. It therefore remains in the cooling stage 6 leaving gas mixture approx.

1,7 Nm3ih. Bezogen auf die 10 Nm ih gasförmigen Gemisch stickstoffanteile vor der zweiten Kühlstufe 6 beträgt die Trennleistung in dieser Kühlstufe ca. 82,5 Z. Hinter der Kühlstufe 6 sind also immer noch 1,7 Nm3ih, also ca.1.7 Nm3ih. Based on the 10 Nm ih gaseous mixture of nitrogen components before the second cooling stage 6, the separation efficiency in this cooling stage is approx. 82.5 Z. Behind cooling level 6 there are still 1.7 Nm3ih, i.e. approx.

17,5 %, gasförmiger Stickstoff enthalten.Contains 17.5%, gaseous nitrogen.

Von'der zweiten Kühlstufe 6 gelangt das verbliebene Gasgemisch in eine dritte Kühlstufe, die generell mit 15 bezeichnet ist. In dieser Kühlstufe 15 wird das Gemisch auf eine Temperatur von ca 65 K gebracht und so der verbliebene gasförmige Stickstoff von 1,7 Nm3 ih bis auf X,2 Nm3/h gasförmigen Stickstoffs verflüssigt. Bezogen auf die 1,7 Nm³ /h gasförmigen S-tickstoff aus der zweiten Kühlstufe 6 beträgt die Trennleistung der dritten Kühlstufe 15 88,3 Z.From the second cooling stage 6, the remaining gas mixture passes into a third cooling stage, which is generally designated by 15. In this cooling stage 15 the mixture is brought to a temperature of approx. 65 K and so is the remaining one liquefied gaseous nitrogen from 1.7 Nm3 ih to X.2 Nm3 / h of gaseous nitrogen. Based on the 1.7 Nm³ / h of gaseous nitrogen from the second cooling stage 6 is the separation performance of the third cooling stage 15 88.3 Z.

Um diese Werte zu erreichen, besteht die Kühlstufe 15 aus einem Gefäß 16 mit einem zentralen Einsatz 17. Dadurch wird ein Ringraum 18 gebildet, in dem sich wieder ein Bad mit flüssigem Stickstoff befindet und in dem der Kühler bzw. die Kühlschlange 19 untergebracht ist. Der in den Kühlstufen 6 -u=r£d -15 .flüs=sig gewordene Stickstoffanteil strömt in den unterhalb der Kühlstufe 15 befindlichen Vorratsbehälter 21, -in.d-essen Gasraum 22 der Kühler bzw. die Kühlschlange 19 endet.In order to achieve these values, the cooling stage 15 consists of a vessel 16 with a central insert 17. This forms an annular space 18 in which there is again a bath with liquid nitrogen and in which the cooler resp. the cooling coil 19 is housed. The one in cooling levels 6 -u = r £ d -15. Nitrogen content that has become liquid flows into the below cooling stage 15 located storage container 21, -in.d-eat gas space 22 of the cooler or the cooling coil 19 ends.

--De.t#Gasraum 23 des Stickstoffbades 18 steht über die Leitung 24 mit einer Vakuumpumpe-2S in Verbindung. Mittels dieser Vakuumpumpe 25 wird der Dampfraum 23 koninuierlich auf einem Druck von ca. 130 mbar gehalten, was einem Dampfdruck von 63 K entspricht. Dadurch stellt sich eine Bad-temp-er.atur von ca. 6=5 K ein, wodurch die Abkühlung des zu trennenden Gasgemisches auf 65 K besorgt- werdenkann.--De.t # Gas space 23 of nitrogen bath 18 is available via line 24 in connection with a vacuum pump-2S. By means of this vacuum pump 25, the vapor space 23 kept continuously at a pressure of about 130 mbar, which is a vapor pressure of 63 K. This results in a bath temperature of approx. 6 = 5 K, whereby the cooling of the gas mixture to be separated to 65 K can be provided.

Dem Behälter 21 wird im Normalfall - d. h. bei genügendem S.tickstoffgehalt im Ausgangsgasgemisch - ständig eine relativ große Menge Stickstoff zugeführt. Deshalb kanntdie V#rso=rgung der Kühlstufen 15 und 6- mit diesem -St-ickstof-f vorgenommen werden. Mittels des Niveaufuhlers 26 und-des Ventils 27 wird fllssiger Stickstoff über#die Leitung 28 in den Behälter 29 gedrückt und dort von den im Behälter 21 herrschenden 20 bar auf 1,4 bar entspannt. Aus dem Behälter 29 gelangt der flüssige Stickstoff über die Leitung 31 zu den Kühlstufen 15 und 6. Niveaufühler 32 und Ventil 33 regeln die-Zufuhr zur Kühlstufe 15. Die Regelung der Zufuhr von flüssigem Stickstoff zur Kühlstufe 6 hängt vom Flüssigkeitsstand im Behälter 29 ab. Dazu ist der Niveaufühler 34 vorgesehen, der das Ventil 35 in-der Leitung 31 steuert. Diese Regelung hat den Vorteil, daß die Versorgung der Kühlstufe 15 mit flüssigem Stickstoff aus dem Behälter 29 stets Priorität hat vor der Versorgung der Kühlstufe 6 aus diesem Behälter 29. Der Druckfühler 36 regelt das Ventil 37 in der Abgasleitung 38 derart, daß der Druck von 1,4-bar im Behälter 29 aufrechterhalten wird.The container 21 is normally - i. H. with sufficient nitrogen content in the starting gas mixture - a relatively large amount of nitrogen is constantly supplied. That's why knows how to supply cooling stages 15 and 6 with this nitrogen will. Liquid nitrogen is supplied by means of the level sensor 26 and valve 27 is pressed via the line 28 into the container 29 and there from the in the container 21 the prevailing 20 bar is relaxed to 1.4 bar. The liquid comes out of the container 29 Nitrogen via line 31 to cooling stages 15 and 6th level sensor 32 and valve 33 regulate the supply to cooling stage 15. The regulation of the supply of liquid nitrogen for cooling stage 6 depends on the liquid level in the container 29. There is also the level sensor 34 is provided, which controls the valve 35 in the line 31. This regulation has the Advantage that the supply of the cooling stage 15 with liquid nitrogen from the container 29 always has priority over the supply of cooling stage 6 from this container 29. The pressure sensor 36 regulates the valve 37 in the exhaust line 38 such that the pressure of 1.4 bar in the container 29 is maintained.

Bei sehr geringem Stickstoffanteil im Ausgangsgasgemisch kann die Versorgung der Kühlstufe 15 auch aus dem Vorratsbehälter 13 erfolgen. Dazu ist der unterhalb des Niveaufühlers 32 liegende weitere Niveaufühler 41 vorgesehen, der das Ventil 42 steuert. Bei offenem Ventil 42 ist der Ringraum 18 mit dem Flüssigkeitsbad über die Leitung 43 mit dem Vorratsbehälter 13 verbunden.If the nitrogen content in the starting gas mixture is very low, the The cooling stage 15 is also supplied from the storage container 13. In addition is the below the Level sensor 32 lying further level sensor 41 which controls the valve 42 is provided. When the valve 42 is open, the annular space 18 is connected to the liquid bath via the line 43 with the storage container 13.

Die Kühlstufe 15 sowie die Behälter 21 und 29 sind einschließlich der zuge#hörigen Regeleinrichtungen zur Vermeidung von Kälteverlusten in einer Box 44 untergebracht, an die auch der Isolierraum 10 der als Dewar-Gefäß ausgebildeten Kühlstufe 6 angeschlossen ist. Mittels der Diffusionspumpe 45 und der Vorpumpe 46 wird das Innere der Box 44 ständig auf einem Druck von ca. 10 5 mbar gehalten, wodurch die Kälteverluste weiterhin verringert werden.The cooling stage 15 as well as the containers 21 and 29 are inclusive the associated control devices to avoid cold losses in a box 44 housed, to which also the isolation room 10 designed as a Dewar vessel Cooling level 6 is connected. By means of the diffusion pump 45 and the backing pump 46 the inside of the box 44 is constantly kept at a pressure of about 10 5 mbar, whereby the cold losses are further reduced.

Aus dem Gasraum 22 des Behälters 21 tritt das verbliebene Gasgemisch in den zentralen Einsatz 17 der Kältestufe 15 ein. Dieser zentrale Einsatz ist mit Füllkörpern gefüllt (z. B. Kupfersattel), die ebenfalls vom Kühlbad 18 auf ca. 65 K gehalten werden.The remaining gas mixture emerges from the gas space 22 of the container 21 into the central insert 17 of the cold stage 15. This central mission is with Filled fillings (e.g. copper saddle), which are also removed from the cooling bath 18 to approx. 65 K are held.

Im Gasgemisch mitgerissene Flüssigkeitsteilchen werden von den Füllkörpern abgeschieden und tropfen in den Behälter 21 zurück. Infolge der Füllkörper und infolge dieses Rücklaufs von flüssigem Stickstoff ergibt sich eine weitere Abtrennung von gasförmigem Stickstoff aus dem Gasgemisch. Die Trennleistung dieser Kolonne ist zwar wegen der großen Differenz zwischen den Stickstoff- und Wasserstoff-Siedetemperaturen und des zu erwartenden geringen Rücklaufs gering. Da jedoch bei Durchsatzschwankungen des Ausgangsgasgemisches und bei Konzentrationsschwankungen unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und damit unter schiedliche Leistungen in der Khlstufe 15 auftreten können, kann die dadurch bewirkte verschlechterte Trennleistung der Kühlstufe 15 zumindest teilweise von der Füllkörperkolonne ausgeglichen werden, da die Trennleistung dieser Kolonne mit steigender Stickstoffkonzentration besser wird.Liquid particles entrained in the gas mixture are removed from the packing deposited and drip back into the container 21. As a result of the packing and as a result this reflux of liquid nitrogen results in a further separation of gaseous nitrogen from the gas mixture. The separation efficiency of this column is because of the large difference between the nitrogen and hydrogen boiling temperatures and the expected low return low. Since, however, with fluctuations in throughput of the starting gas mixture and different flow velocities in the case of fluctuations in concentration and thus under different performances in the cooling level 15 can occur the resulting deteriorated separation performance of the cooling stage 15 at least partially of the Packed column to be balanced, as the separation efficiency this column gets better with increasing nitrogen concentration.

Das verbliebene Gasgemisch verläßt das Innere der Kühlstufe 15 über die Leitung 47 und wird - durch die Ventile 48 und 4-9 gesteuert - wechselweise den Tieftemperaturadsorptionsfallen 51 und 52 zugeführt. In diesen mit Aktivkohle oder Molekularsieb gefüllten Fallen wird der restliche gasförmige Stickstoff - bis auf die danach noch vorhandene Restverunreinigung von 1 vpm - entfernt. Die Aktivkohle bzw. das Molekularsieb sind in Behältern 53, 54 untergebracht, die vom zu reinigenden Gasgemisch von unten nach oben durchströmt werden. Der abgetrennte Wasserstoff verläßt die Anlage über die Leitungen 55 und 56 mit den Ventilen 57 und 58 sowie über den Kühler bzw. die Kühlschlange 5 in der ersten Kühlstufe 2. Vom durch den Kühler bzw. die Kühlschlange 4 der Kühlstufe. 2 einströmenden Ausgangsgasgemisch wird der Wasserstoff auf etwa Raumtemperatur gebracht. Die die Adsorptionsfallen 53, 54 aufnehmenden Behälter sind wieder als Dewar-Gefäße ausgebildet, in denen sich jeweils ein Bad aus flüssigem Stickstoff (61, 62) befindet. Mittels der Niveaufühler 63, 64, der davon gesteuerten Ventile 65, 66 und der Leitungen 67, die zum Vorratsgefäß 13 führen, erfolgt die Kontrolle der Bäder in den Adsorptionsfallen 51, 52. Das Bad hat dadurch eine Temperatur von ca. 80 K. Da jedoch das einströmende Produktgas eine Temperatur von ca. 65 K hat, liegt die Betriebstemperatur innerhalb der Behälter 53 und 54 niedriger, und zwar etwa auf 70 K.The remaining gas mixture leaves the interior of the cooling stage 15 the line 47 and is - controlled by the valves 48 and 4-9 - alternately the low temperature adsorption traps 51 and 52 are supplied. In these with activated charcoal or molecular sieve-filled traps, the remaining gaseous nitrogen - up on the residual contamination of 1 vpm still present afterwards - removed. The activated carbon or the molecular sieve are housed in containers 53, 54, which are to be cleaned Gas mixture are flowed through from bottom to top. The separated hydrogen leaves the system via lines 55 and 56 with valves 57 and 58 and via the Cooler or the cooling coil 5 in the first cooling stage 2. From the cooler or the cooling coil 4 of the cooling stage. 2 inflowing starting gas mixture is the hydrogen brought to about room temperature. The adsorption traps 53, 54 receiving Containers are again designed as Dewar vessels, each with a bath from liquid nitrogen (61, 62) is located. By means of the level sensors 63, 64, the controlled valves 65, 66 and the lines 67, which lead to the storage vessel 13, control of the baths takes place in the adsorption traps 51, 52. As a result, the bath has a temperature of about 80 K. However, since the inflowing product gas has a temperature of approx. 65 K, the operating temperature is within the containers 53 and 54 lower, to about 70 K.

Die Adsorptionsfallen 51 und 52 werden derart wechselweise betrieben, daß- während des Betriebs der einen Falle die andere regeneriert wird und umgekehrt. Zum Regenerieren muß zunächst der flüssige Stickstoff aus dem jeweiligen Bad entfernt werden. Das kann mittels der schematisch dargestellten Tauchheizungen 68 und 69 geschehen. Das Stickstoffgas strömt durch die Leitungen 71 und das Rückschlagventil 72 aus. Anstelle der oder zusätzlich zu den Tauchheizungen 68, 69 'ann auch eine nicht dargestellte Druckgasquelle vorgesehen sein, mittels deren der flüssige Stickstoff während der jeweiligen Regenerationsphase aus den Adsorptionsfallen in ein ebenfalls nicht dargestelltes Vorratsgefäß gedrückt wird. Nach der jeweiligen Regeneration wird dann dieser flüssige Stickstoff wieder in die jeweilige Adsorptionsfalle zurückgepumpt.The adsorption traps 51 and 52 are operated alternately in such a way that that while one trap is in operation, the other is regenerated and vice versa. For regeneration, the liquid nitrogen must first be removed from the respective bath removed will. This can be done by means of the immersion heaters 68 and 69 shown schematically happen. The nitrogen gas flows through the lines 71 and the check valve 72 off. Instead of or in addition to the immersion heaters 68, 69 ', one can also be used Pressurized gas source, not shown, can be provided, by means of which the liquid nitrogen during the respective regeneration phase from the adsorption traps into one as well not shown storage vessel is pressed. After the respective regeneration this liquid nitrogen is then pumped back into the respective adsorption trap.

Auch der eigentliche Regeneriervorgang kann auf unters-hiedliche Weise erfolgen. Eine Möglichkeit besteht - wie dargestellt - darin, abdampfenden Stickstoff aufzuheizen und durch die jeweils zu regenerierende Falle strömen zu lassen. Dazu wird ein Teil der durch den Kühler bzw. die Kühlschtange 3 der Kühlstufe 2 strömenden Stickstoffgase über die Leitung 73, die Förderpumpe 74, den Elektroerhitzer 75 sowie die Leitungen 76 und 77 mit den Ventilen t8 und 79 jeweils hinter den Ventilen 48, 49 den Produktgaseinspeiseleitungen zugeführt. Während des Regenerierens sind die Ventile 48, 57 bzw. 49, 58 geschlossen. Über die Leitungen 81 mit den Ventilen 82, 83, die jeweils während der Regenerierphase geöffnet sind, strömen die Pegeneriergase aus. Die Regeneriergastemperatur beträgt zweckmäßigerweise ca. 400 K. The actual regeneration process can also be different Way. One possibility is - as shown - to evaporate Heat up nitrogen and flow through the trap to be regenerated permit. For this purpose, part of the through the cooler or the cooling rod 3 of the cooling stage 2 flowing nitrogen gases via the line 73, the feed pump 74, the electric heater 75 and the lines 76 and 77 with the valves t8 and 79 behind the valves 48, 49 supplied to the product gas feed lines. Are during regeneration the valves 48, 57 and 49, 58 are closed. Via the lines 81 with the valves 82, 83, which are each open during the regeneration phase, the regeneration gases flow the end. The regeneration gas temperature is expediently approx. 400 K.

Eine andere Möglichkeit der Regenerierung der Aktivkohle oder des Molekularsiebs in den Adsorptionsfallen 51, 52 besteht darin, in den Behältern 53, 54 einen Heizstab anzuordnen bzw. die Behälter außen zu beheizen und die Heizung während der jeweiligen Regenerationsphase auf eine genügend hohe Temperatur zu b#ringen bei gleichzeitiger Evakuierung mit Vakuumpumpe 89. Bei dieser Version kann auf die Zuführung und Aufheizung von Stickstoff als Regeneriergas verzichtet werden. Another way of regenerating the activated carbon or the Molecular sieve in the adsorption traps 51, 52 consists in the containers 53, 54 to arrange a heating rod or to heat the container outside and the heater to bring about a sufficiently high temperature during the respective regeneration phase with simultaneous evacuation with vacuum pump 89. With this version, on the The supply and heating of nitrogen as a regeneration gas can be dispensed with.

Nach dem Desorptionsvorgang werden die Ventile 78, 82 bzw.After the desorption process, the valves 78, 82 and

79, 83 geschlossen und die an die Leitungen 55, 56 über die Leitungen 85, 86 angeschlossenen Ventile 87, 88 geöffnet. Diese führen zu einer Vakuumpumpe 89,mit der zunächst der jeweils regenerierte Behälter 53 oder 54 auf einen Druck von ca. 10 mbar evakuiert wird. Erst danach erfolgt das Einfüllen von flüssigem Stickstoff, entweder aus dem Vorratsbehälter 13 oder, wie beschrieben, aber nicht dargestellt, aus einem weiteren Vorratsbehälter,in den vorab der flüssige Stickstoff des jeweiligen Flüssigkeitsbades hineingedrückt wurde.79, 83 closed and the lines 55, 56 via the lines 85, 86 connected valves 87, 88 open. These lead to a vacuum pump 89, with the first of all regenerated containers 53 or 54 at one pressure is evacuated from approx. 10 mbar. Only then is the liquid filled in Nitrogen, either from the storage container 13 or, as described, but not shown, from a further storage container, into which the liquid nitrogen beforehand of the respective liquid bath was pressed.

Das hier beschriebene Niederdruckverfahren kann auch mit höheren Betriebsdrücken als 10 bis 50 bar betrieben werden, z. B. mit Betriebsdrücken von 150 bis 250 bar. Beim Betreiben mit derart hohen Betriebsdrücken kann auf di-e der Kondensation nachgeschalteten Adsorptionsstufen entweder ganz verzichtet werden oder die Fallen können wesentlich kleiner in ihren Adsorberabmessungen gebaut werden.The low-pressure process described here can also be used with higher operating pressures operated as 10 to 50 bar, e.g. B. with operating pressures of 150 to 250 bar. When operating with such high operating pressures, the condensation can be connected to the downstream Adsorption stages can either be dispensed with entirely or the traps can be substantial be built smaller in their adsorber dimensions.

LeerseiteBlank page

Claims (27)

Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Wasserstoff oder Helium aus Gasgemischen ANSPRÜCIIE 2 Verfahren zur Abtrennung von Wasserstoff oder Helium aus Gasgemischen unter Verwendung eines Kühlstufensystems, wobei im Gemisch das abzutrennende Gas sowie Stickstoff, Sauerstoff und/oder Gase aus etwa dem gleichen Siedebereich enthalten sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Gasgemisch in mindestens zwei, vorzugsweise drei Kühlstufen (2, 6,.15) auf ca. 60 bis 70 K zwecks Kondensation der höhersiedenden Gase abgekühlt wird. Method and device for separating hydrogen or helium from gas mixtures. REQUIREMENT 2 Process for the separation of hydrogen or helium from gas mixtures using a cooling stage system, where in the mixture the gas to be separated as well as nitrogen, oxygen and / or gases from about the same Boiling range are included, that is, that the Gas mixture in at least two, preferably three cooling stages (2, 6, .15) to approx. 60 is cooled down to 70 K for the purpose of condensation of the higher-boiling gases. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Kondensation der höhersiedenden Gase bei einem Betriebsdruck von 150 bis 250 bar erfolgt. 2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the condensation of the higher boiling gases at an operating pressure of 150 to 250 bar. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Kondensation der höhersiedenden Gase bei einem Betriebsdruck von 10 bis 50, vorzugsweise 20 bar erfolgt und daß das verbliebene Gasgemisch in einer nachgeschalteten Adsorptionsfalle (53, 54) einer Feinreinigung unterworfen wird. 3. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the condensation of the higher boiling gases at an operating pressure of 10 to 50, preferably 20 bar and that the remaining gas mixture in a downstream adsorption trap (53, 54) is subjected to fine cleaning. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ausgangsgasgemisch in einer ersten Kühlstufe (2) im Gegenstrom mit gewonnenen Endprodukten auf 100 bis 130 K abgekühlt wird. 4. The method according to any one of claims 1, 2 or 3, d a d u r c h it is noted that the starting gas mixture is in a first cooling stage (2) is cooled to 100 to 130 K in countercurrent with the end products obtained. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ausgangsgasgemisch in zwei (weiteren) Kühlstufen mit LN2-Bädern auf 60 bis 70 K, vorzugsweise 63 K, abgekühlt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h e k e k e n n n e i c h n e t that the starting gas mixture in two (further) cooling stages is cooled to 60 to 70 K, preferably 63 K, with LN2 baths. 6. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zwei oder drei Kühlstufen (2, 6, 15) vorgesehen sind, welche derart ausgebildet sind daß die Temperatur des Produktgases in der letzten Stufe 60 bis 70 K, vorzugsweise 63 K, beträgt.6. Device for performing one of the methods according to the preceding Claims, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t, that two or three cooling stages (2, 6, 15) are provided, which are designed such that the temperature of the Product gas in the last stage is 60 to 70 K, preferably 63 K. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t , daß drei Kühlstufen (2, 6, 15) vorgesehen sind.7. Apparatus according to claim 6, d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t that three cooling stages (2, 6, 15) are provided. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n nt z e i c h n e t , daß die erste Kühlstufe (2) als Gegenstromkühler ausgebildet ist.8. Apparatus according to claim 7, d a d u r c h g e k e nt z e i c h n e t that the first cooling stage (2) is designed as a countercurrent cooler. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite und dritte Stufe <6,. 15) Dewar-Gefäße mit diese jeweils durchsetzenden Kühlschlangen (7, 19) umfaßt.9. Apparatus according to claim 7 or 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the second and third stage <6 ,. 15) Dewar vessels with these each penetrating cooling coils (7, 19) comprises. 10.Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n .10.Vorrichtung according to claim 9, d a d u r c h g e k e n n. z e i c h n e t , daß der Kühlstufe (15) ein Vorratsbehälter (21) für kondensierte Gase nachgeschaltet ist. z e i c h n e t that the cooling stage (15) has a storage container (21) for condensed gases is connected downstream. 11.Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein vom Vorratsbehälter (21) gespeister weiterer Vorratsbehälter (29) vorgesehen ist.11.Vorrichtung according to claim 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a further storage container (29) fed by the storage container (21) is provided. 12.Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,. daß der Vorratsbehälter (29) mit den Kühlstufen (6, 15) über Versorgungsleitungen (31) mit Ventilen (33, 35) miteinander verbunden sind.12.Vorrichtung according to claim 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,. that the storage container (29) with the cooling stages (6, 15) via supply lines (31) are connected to one another with valves (33, 35). 13.Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Vorratsbehälter (29) und dem LN2-Bad der Kühlstufe (15) Niveaufühler (34, 32) zugeordnet sind.13.Vorrichtung according to claim 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the storage tank (29) and the LN2 bath of the cooling stage (15) level sensor (34, 32) are assigned. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d adurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Versorgung der Kühlstufe (15) in Abhängigkeit des Niveaufühlers (32) erfolgt, während die Versorgung der Kühlstufe (6) in Abhängigkeit vom Niveaufühler (34) erfolgt.14. The apparatus of claim 13, d adurch g e k e n n z e i c h n e t that the supply of the cooling stage (15) depends on the level sensor (32) takes place while the cooling stage (6) is being supplied depending on the level sensor (34) takes place. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß den Kühlstufen (6 und 15) Niveaufühler (11) und (41) zugeordnet sind, die mit Hilfe von Ventilen (12) und (42) der Kältemittelversorgung aus einem weiteren Vorratstank (13) dienen.15. Device according to one of claims 9 to 14, d a d u r c h g e k e n n n n e i n e t that the cooling stages (6 and 15) level sensors (11) and (41) are assigned to the refrigerant supply with the help of valves (12) and (42) serve from another storage tank (13). 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlstufe (15) in einer kälteisolierten Box (44) untergebracht ist.16. Device according to one of claims 7 to 15, d a d u r c h g It is not noted that the cooling stage (15) is in a cold-insulated box (44) is housed. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16 und einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t .daß zusätzlich die Vorratsbehälter (21) und (29) in der Kältebox (44) untergebracht sind.17. The device according to claim 16 and one of claims 11 to 14, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t. that the storage container (21) and (29) are housed in the cold box (44). 18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t , daß an das Innere der Kältebox eine Vakuumpumpe (45, 46) angeschlossen ist.18. The apparatus of claim 16 or 17, d a d u r c h g e k e n It is noted that a vacuum pump (45, 46) is connected to the interior of the cold box is. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierraum (10) des Dewar-Gefäßes der Kühlstufe (6) mit dem Inneren der Kältebox (44) verbunden ist.19. The apparatus of claim 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the insulating space (10) of the Dewar vessel of the cooling stage (6) with the Inside the cold box (44) is connected. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die dritte Kühlstufe (15) von einem Gefäß (16) mit einem,zentralen Einsatz (17) gebildet wird.20. Device according to one of claims 9 to 19, d a d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that the third cooling stage (15) from a vessel (16) with a central insert (17) is formed. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der durch den zentralen Einsatz (17) gebildeten Ringraum (18) das flüssige Kältemittel sowie die Kühlschlange (19) enthält.21. The device according to claim 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the annular space (18) formed by the central insert (17) the contains liquid refrigerant and the cooling coil (19). 22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zentrale Einsatz (17) von unten nach oben durchströmt und mit Füllkörpern gefüllt ist.22. The device according to claim 20 or 21, d a d u r c h g e k e n It is not indicated that the central insert (17) flows through from bottom to top and is filled with packing. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kühlstufe (15) Adsorptionsfallen (51, 52) nachgeschaltet sind.23. Device according to one of claims 6 to 22, d a d u r c h g It is not noted that the cooling stage (15) is followed by adsorption traps (51, 52) are. 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Adsorptionsfallen (51, 52) Behälter (53, 54) mit dem Adsorptionsmittel aufweisen, die in Dewar-Gefäßen angeordnet sind.24. The device according to claim 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the adsorption traps (51, 52) container (53, 54) with the adsorbent have, which are arranged in Dewar vessels. 25. Vorrichtung nach Anspruch 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Adsorptionsfallen (51, 52) mit Heizeinrichtungen (68,69) ausgerüstet sind.25. The device according to claim 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the adsorption traps (51, 52) are equipped with heating devices (68, 69) are. 26. Vorrichtung nach Anspruch 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß den Adsorptionsfallen (51, 52) ein Elektroerhitzer (75) für die Zuführung von heißen Regeneriergasen zugeordnet ist.26. The device according to claim 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the adsorption traps (51, 52) an electric heater (75) for the Supply of hot regeneration gases is assigned. 27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Adsorptionsfallen (51, 52) derart über ein Leitungssystem mit der letzten Kühlstufe (15) und mit anderen Einrichtungen verbunden ist, daß ein wechselweiser Betrieb möglich ist.27. Device according to one of claims 23 to 26, d a d u r c h it is noted that the adsorption traps (51, 52) have a Line system connected to the last cooling stage (15) and other facilities is that alternate operation is possible.
DE19823224339 1982-06-30 1982-06-30 Process and apparatus for separation of hydrogen or helium from gas mixtures Ceased DE3224339A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19823224339 DE3224339A1 (en) 1982-06-30 1982-06-30 Process and apparatus for separation of hydrogen or helium from gas mixtures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19823224339 DE3224339A1 (en) 1982-06-30 1982-06-30 Process and apparatus for separation of hydrogen or helium from gas mixtures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3224339A1 true DE3224339A1 (en) 1984-01-05

Family

ID=6167177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19823224339 Ceased DE3224339A1 (en) 1982-06-30 1982-06-30 Process and apparatus for separation of hydrogen or helium from gas mixtures

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3224339A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2159401C1 (en) * 1999-02-24 2000-11-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Гелиймаш" Method of cleaning of cryogenic agent and device for realization of this method
DE102008037300A1 (en) * 2008-08-11 2010-02-25 Robert Brockmann Production of a clean gas, in particular for the leak test on a pressurized component
US20230375276A1 (en) * 2020-09-04 2023-11-23 Clean Power Hydrogen Group Limited Heat exchanger

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2159401C1 (en) * 1999-02-24 2000-11-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Гелиймаш" Method of cleaning of cryogenic agent and device for realization of this method
DE102008037300A1 (en) * 2008-08-11 2010-02-25 Robert Brockmann Production of a clean gas, in particular for the leak test on a pressurized component
US8661847B2 (en) 2008-08-11 2014-03-04 Robert Brockmann Production of a clean gas, in particular for testing a pressurized construction component for leaks
US20230375276A1 (en) * 2020-09-04 2023-11-23 Clean Power Hydrogen Group Limited Heat exchanger
US12359875B2 (en) * 2020-09-04 2025-07-15 Clean Power Hydrogen Group Limited Heat exchanger

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69405134T2 (en) Process for cooling the feed gas for gas separation systems
DE60123374T2 (en) Method for operating a temperature change adsorption system and corresponding device
DE69107115T3 (en) Process and apparatus for the adsorption purification of air to be distilled.
DE3486017T2 (en) VERY PURE NITROGEN GAS GENERATING APPARATUS.
EP0130284B1 (en) Process for producing pure carbon monoxide
DE69618711T2 (en) Process for integrated air separation
DE69911304T2 (en) Process and device for cleaning ammonia
DE69107651T2 (en) Method and device for heat treatment with gas quenching.
DE69213513T2 (en) Process and device for gas separation
DE1267236B (en) Process for liquefying natural gas
DE69706475T2 (en) Process and device for the production of a very pure liquid cryogenic fluid
EP1082577B1 (en) Method for extracting xenon
EP0146082A2 (en) Process for the separation of water vapour and carbon dioxide from a gas stream by adsorption
DE69328922T2 (en) Compressed gas oxygen production process and apparatus
DE2207508A1 (en) Process and device for the separation of neon-helium mixture by means of expansion turbines
DE69619036T2 (en) Adsorption process with low pressure and high pressure feed streams
EP1028792B1 (en) Freezing a gas component in a gas mixture
DE69935838T2 (en) Process for pressure swing adsorption for the separation of a gas mixture
DE2155366A1 (en) Method and device for purifying natural gas
DE60317126T2 (en) Process and apparatus for removing nitrous oxide
DE69120018T2 (en) Pressure swing adsorption using high purity purging
EP0075663A2 (en) Process and apparatus for producing highly pure nitrogen
CH620594A5 (en) Process and apparatus for separating the components of a gas mixture
DE3224339A1 (en) Process and apparatus for separation of hydrogen or helium from gas mixtures
DE69414282T2 (en) Process and plant for the production of pressurized oxygen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: LEYBOLD AG, 5000 KOELN, DE

8131 Rejection